JP4784455B2 - 電子写真用トナーの製造方法及び混練装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真用トナーの製造方法及び製造装置に係り、特に、感光体へのフィルミングを防止し、耐オフセット性の優れた電子写真用トナーの製造方法及び製造装置に関する。

電子写真方式による画像形成は、一般に、帯電させたトナーにより静電荷像を現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写し、定着することにより行われる。このような画像形成に用いられるトナーの製造方法としては、粉砕法、重合法等があるが、一般には粉砕法が主流を占めている。

粉砕法の一般的な製造方法は、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤等の原料を乾式で混合した後、２軸押出機などで溶融混練し、冷却固化した後に粗粉砕を行い、混練粗砕物を得る。その後、ジェットミルなどで微粉砕を行い、適切な粒度分布になるように分級機で粒度調整を行う。更にシリカなどと一緒に混合機で混合することで表面処理を行い、トナーを得るものである。

近年、省電力化、小型化のため、かつボールペンなどによる書き込みや、スタンプの捺印、付箋紙の貼付等が可能であるという利点を考慮して、定着オイルを塗布しない定着器を備える電子写真方式の画像形成装置が使用されるようになっている。そのような画像形成装置に使用されるトナーは、離型剤を多量に含むため、トナー中の離型剤の分散性を向上させることが必要である。トナー中に離型剤が均一に分散しない場合には、ブレードに離型剤が融着して、画像に白筋が発生したり、感光体へのフィルミングが発生してしまう。

このようなトナー中への離型剤の分散性を向上させ、ブレードへの離型剤の融着、感光体へのフィルミングを防止するトナーの製造方法として、従来、様々なトナー混練方法を用いるもの、２軸押出し混練機や連続式オープンロール、バッチ式ロールミル、加圧ニーダー、バンバリンミキサーなどの様々な混練装置を用いるものが提案されている。

また、低温での混練を行う方法、混練後に急速冷却を行う方法や装置が提案されている(例えば、特許文献１〜５参照)。しかし、これらの方法及び装置によっても、未だ効果的にトナー中の離型剤の分散性の向上、感光体へのフィルミングの防止、及び耐久性の改善を図ることができなかった。
特許第３３６６５７７号公報 特許第３４０９１００号公報 特開２００５−７７９２８号公報 特願２００２−３０５７９９号公報 特開２００４−２１０１０号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、トナー中の離型剤の分散性の向上、感光体へのフィルミングの防止、及び耐久性の改善を可能とするトナーの製造方法、及びトナー混練装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、結着樹脂及び着色剤を含む原料混合物を２軸押し出し混練機により混練する工程と、前記混練物を前記混練機の押出口より押し出し、延伸する工程とを具備し、前記混練工程において、前記２軸押し出し混練機は水槽中に配置されていて冷却されるとともに、２軸押し出し混練機のシリンダに冷却水が流入されて、前記原料混合物が冷却水とともに混練され、前記押出延伸工程において前記混練物は押出口より水中に押出され、延伸及び急速冷却されることを特徴とするトナーの製造方法を提供する。

本発明の第２の態様は、結着樹脂及び着色剤を含む原料混合物が内部に供給され、混練されるシリンダ、このシリンダ内で混練された混練物を押出し、延伸する手段、内部に冷却水を収容する水槽、及びこの水槽内の冷却水を循環させる水循環手段を具備し、前記シリンダ及び延伸手段は、前記水槽内の冷却水中に配置され、前記シリンダ内に冷却水が流入して、冷却水とともに原料混合物の混練が行われ、混練物は前記延伸手段から前記水槽中に押出され、急速冷却されることを特徴とするトナー混練装置を提供する。

本発明によると、混練機内に冷却水を流入させて、原料混合物を冷却水とともに混練しているため、正確な温度制御による低温混練が可能であり、それによってトナー中の離型剤の分散性が向上し、感光体へのフィルミングの防止、及び耐久性の改善を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーの製造方法は、混練機の混練部内に冷却水を注入し、この冷却水とともに原料混合物を混練し、得られた混練物を水とともに押出し，延伸する、即ち、低温で混練を行うことを特徴とする。このような混練部内への冷却水の注入は、混練機の混練部を、冷却水を収容する水槽中に配置することにより行うことができる。

図１は、混練部が水槽中に配置された二軸押出混練機を示す側面図である。この二軸押出混練機は、原料混合物が供給されるホッパー１、複数のゾーンに区分されたシリンダ２、及び溶融混合物が延伸排出される延伸ローラー３を具備している。これらシリンダ２及び延伸ローラー３を含む混練部は、水槽４内に配置されている。シリンダ２の幾つかのゾーンには、冷却水流入口５が設けられていて、この冷却水流入口５から冷却水が流入され、混練温度を下げるようになっている。なお、シリンダ２は、ヒーター（図示せず）により所定の温度に加熱されるようになっており、冷却水の流入により混練温度が過度に低下する場合には、ヒーターが作動して、混練温度が制御される。

また、シリンダ２内には、その軸が平行又は所定の角度となるように配置された二本の円筒状のスクリュー（図示せず）が配置されている。スクリューは、同方向に又は反対方向に回転する。

なお、混練機の混練部への冷却水の流入は、図１に示すように混練部を水槽中に配置するのではなく、冷却水配管をシリンダ２の冷却水流入口５に直接接続し、シリンダ２中にのみ冷却水を注入するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るトナーの製造方法は、次のようにして行われる。

まず、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤等の材料の計量を行い、計量された材料を混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等を用いることができる。

原料混合物は、次いで、例えば、図１に示すような二軸押出混練機により溶融混合され、溶融混合物とされる。ホッパー１から供給された原料混合物は、シリンダ２内に導入され、スクリュー間の間隙において、加熱されているシリンダ２からの熱により溶融されるとともに、スクリューの回転による圧縮力及びせん断力により混合され、スクリューのらせん状の羽根に沿って延伸ローラー３の側に移動し、延伸ローラー３から排出される。

シリンダ２内には、水槽４内の冷却水が冷却水流入口５から流入し、この冷却水とともに原料混合物の混練が行われる。混練温度は、冷却水による冷却とヒーターによる加熱により正確に制御され、所望の温度とされる。なお、水槽４内の冷却水は、循環配管（図示せず）を通して循環されており、循環配管に配置された冷却機（図示せず）により、例えば２５℃に冷却された後、水槽４内に戻されている。

所望の温度で混練された混練物は、次いで延伸ローラー３により延伸されて、混練機から押出される。延伸ローラー３もまた水槽４中にあるため、混練物は水槽４内の冷却水中に押出され、そこで急速冷却される。

延伸ローラー３の近傍には搬送コンベア６が配置されていて、延伸ローラー３から押出された混練物は、冷却水中で急速冷却されつつ搬送コンベア６により搬送され、粉砕工程に供される。

粉砕工程で粉砕された粒子は、所定の粒度に分級されて、トナー粒子母体が得られる。粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。例えば、粉砕には、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級には、様々な気流分級機を用いることができる。

このようにして得たトナー粒子母体に、シリカ等の外添剤を加え、混合・攪拌することにより、電子写真用トナーが得られる。

以上説明した本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーに使用可能な結着樹脂としては、公知のものを含む広い範囲から選択することができる。具体的には、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、およびスチレン−ブタジエン共重合体などのスチレン系樹脂をはじめ、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クマロン樹脂、キシレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例示でき、これらの樹脂を二種類以上組み合わせて用いてもよい。なお、これらの樹脂のうち、ポリエステル系樹脂が好ましい。

離型剤としては、従来公知の離型剤を用いることができる。そのような離型剤として、 低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、パラフィン等の極性の低いもの或いはカルナバワックス、エステル系等の極性の高いものを挙げることが出来る。また、エマルジョンタイプのカルボキシル基変性ポリオレフィンとして、エチレン、プロピレン、ブテン−１、ペンテン−１等のオレフィン単位を骨格としてカルボキシル基を有するように変性され、かつアンモニアまたはアミンでカルボキシル基の少なくとも一部が中和されたポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等を使用することも可能である。これらのワックスのうち、カルナバワックスが好ましい。
着色剤及び帯電制御剤としては、通常、電子写真用トナーに使用される任意のものを使用可能である。

以上説明した本発明の一実施形態に係るトナーの製造方法では、二軸押出混練機のシリンダを水槽中に配置しているが、シリンダ内のみに冷却水を注入供給することも可能である。また、混練機は二軸押し出し混練機に限るものではなく、一部開放された容器内にて混練するものであり、冷却水を注入できる混練機であればよい。

実施例１〜５
結着樹脂１００質量部、着色剤（ＣＲＯＭＯＰＨＴＡＬ Ｒｅｄ ２０３０：チバスペシャリティーケミカルズ（株））４質量部、荷電制御剤（ＬＲ１４７：日本カーリット（株）製）１質量部、および離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）５質量部を、ヘンシェルミキサーで十分に混合した後、図１に示す、水槽を備えた二軸押出混練機により、下記表１及び２に示す条件にて溶融混練し、冷却した後、衝突板式粉砕機「ディスパージョンセパレーター」（日本ニューマチック工業（株）製）を用いて、粉砕、分級工程を経て、重量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

得られた粉体１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「ＲＸ２００」（日本アエロジル（株）製）１．５質量部を添加し、１０リットル容のヘンシェルミキサーで３２００ｒ／ｍｉｎ、１８０秒間攪拌し、粉体に表面処理を施して、マゼンタトナーを得た。得られた現像剤を「ページプレストＮ５」（カシオ計算機（株）製）に実装し、オイル塗布ユニットを取り外して、画像印刷を行った。

比較例１〜５
結着樹脂１００質量部、着色剤（ＣＲＯＭＯＰＨＴＡＬ Ｒｅｄ ２０３０：チバスペシャリティーケミカルズ（株）製）４質量部、荷電制御剤（ＬＲ１４７：日本カーリット（株）製）１質量部、および離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）５質量部を、ヘンシェルミキサーで十分に混合した後、水槽を備えていない二軸押出混練機（池貝（株）製：ＰＣＭ４３）により、下記表１及び２に示す条件で溶融混練し、冷却した後、衝突板式粉砕機「ディスパージョンセパレーター」（日本ニューマチック工業（株）製）を用いて粉砕し、分級して、重量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

得られた粉体１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「ＲＸ２００」（日本アエロジル（株）製）１．５質量部を添加し、１０リットル容のヘンシェルミキサーで３２００ｒ／ｍｉｎで、１８０秒間攪拌し、粉体に表面処理を施して、マゼンタトナーを得た。得られた現像剤を「ページプレストＮ５」（カシオ計算機（株）製）に実装し、オイル塗布ユニットを取り外して画像印刷を行った。

以上の実施例１〜５、比較例１〜５について、耐久性及び感光体フィルミングを評価し、ワックス分散径を求めた。それらの結果を下記表３に示す。

上記表３から、以下のことがわかる。即ち、実施例１〜３では、ブレードへのワックスの融着による白スジの発生なしに１００００枚以上の印刷が可能であり、実施例４、５ではブレードへのワックスの融着による白スジは１８０００枚まで全く発生しなかった。また、実施例１〜５では、感光体フィルミングは認められず、カルナバワックスの分散径は１μｍ程度であり、高分散していることがわかる。

これに対し、比較例１〜５では、ワックス分散径が大きく、ブレードへのワックスの融着による白スジの発生は、２００〜２０００枚で発生し、感光体フィルミングも認められた。

以上の実施例と比較例の比較から、冷却水の流入による低温混練、及び冷却水中への混練物の押出しによる急速冷却により、ワックスの高分散化が実現され、それによって白スジの発生及び感光体フィルミングが防止されているものと考えられる。

本発明の一実施形態に用いる水槽を備えた二軸押出混練機を示す図。

符号の説明

１…ホッパー、２…シリンダ、３…延伸ローラー、４…水槽、５…冷却水流入口、６…搬送コンベア。

Claims (2)

1. 結着樹脂及び着色剤を含む原料混合物を２軸押し出し混練機により混練する工程と、前記混練物を前記混練機の押出口より押し出し、延伸する工程とを具備し、前記混練工程において、前記２軸押し出し混練機は水槽中に配置されていて冷却されるとともに、２軸押し出し混練機のシリンダに冷却水が流入されて、前記原料混合物が冷却水とともに混練され、前記押出延伸工程において前記混練物は押出口より水中に押出され、延伸及び急速冷却されることを特徴とするトナーの製造方法。
2. 結着樹脂及び着色剤を含む原料混合物が内部に供給され、混練されるシリンダ、このシリンダ内で混練された混練物を押出し、延伸する手段、内部に冷却水を収容する水槽、及びこの水槽内の冷却水を循環させる水循環手段を具備し、前記シリンダ及び延伸手段は、前記水槽内の冷却水中に配置され、前記シリンダ内に冷却水が流入して、冷却水とともに原料混合物の混練が行われ、混練物は前記延伸手段から前記水槽中に押出され、急速冷却されることを特徴とするトナー混練装置。

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